电渣连铸过程控制系统的设计及钢水液位控制方法的研究

论文摘要

电渣重熔产品由于具有纯净度高、组织致密、成分均匀、表面光洁等一系列优点,使得电渣冶金技术近年来得到快速发展。但在传统电渣重熔过程中,存在着生产效率低等缺点,当重熔直径小于300mm的钢锭时生产效率就更低,生产成本相当高。在现代冶金生产过程中,连铸技术以其独特的高效性获得迅猛发展。因此,在结合电渣重熔和连铸两种技术优点的基础上,开发出的“电渣连铸”技术,正逐步成为该行业中的一支新,生力量。本论文以某钢铁企业13吨电渣连铸炉计算机控制系统为研究背景,在查阅了大量国内外相关文献的基础上综述了电渣炉发展历程,通过将导电结晶器、钢水液位检测、连续拉坯等技术系统集成,开发了一套以PLC控制器为核心的控制系统,并在钢水液位系统的控制方法上进行了探讨。本系统中采用上、下位机结构:上位机硬件采用工业控制计算机和液晶显示器,软件采用SIEMENS公司出品的WinCC上位机组态软件,主要功能是实现本电渣连铸生产过程监控和参数调整,并可以存储和打印历史数据;下位机设计了基于PROFIBUS—DP的分布式计算机控制系统,采用西门子S7—300及ET200M系列PLC和SIEMENS公司出品的配套软件STEP7进行软件编程,实现对生产过程的全部控制动作。钢水液位的控制是电渣连铸系统中一个十分重要的环节,液位的波动会严重影响铸坯的质量,甚至可能导致熔炼过程中的漏钢和钢坯拉断事故的发生,因此必须将抽锭系统的速度控制在一个合适的范围。但是由于钢水液位系统具有时变性和非线性特性,而且随机干扰较强等因素,无法建立准确的数学模型,本文在采用传统的PID控制的基础上,结合电渣连铸炼钢生产的实际情况,对普通模糊控制和论域自调整模糊控制的控制算法在电渣连铸生产方式电渣炉中的应用进行了探讨,并对此算法在动、静态特性和抗干扰特性方面与PID控制进行了仿真比较,为下一步运用于实际生产打下坚实基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 电渣连铸技术原理简介
• 1.2 电渣连铸技术的发展状况
• 1.2.1 国外电渣连铸技术的发展状况
• 1.2.2 国内电渣连铸技术的发展状况
• 1.3 电渣连铸技术的特点
• 1.4 本课题的研究内容与结构
• 第2章 电渣连铸炉的生产工艺及设备
• 2.1 电渣连铸炉炼钢生产工艺概述
• 2.1.1 生产工艺流程
• 2.1.2 熔炼过程各个时期工艺概述
• 2.1.3 电渣炉炼钢生产基本工艺参数设计
• 2.2 电渣连铸炉主要设备简介
• 2.2.1 电气设备
• 2.2.2 主要机械设备
• 2.2.3 液压、气动与气体保护设备
• 2.3 本章小结
• 第3章 电渣连铸炉自动控制系统设计
• 3.1 计算机控制系统基本设计
• 3.1.1 计算机控制系统概述与组成
• 3.1.2 控制系统基础电气设计
• 3.1.3 控制系统PLC配置设计
• 3.1.4 上位机配置方案
• 3.2 基于PROFIBUS DP现场总线技术的系统网络构成
• 3.2.1 PROFIBUS DP现场总线技术简介
• 3.2.2 PROFIBUS DP系统电子设备数据文件（GSD）
• 3.2.3 本系统的PROFIBUS DP网络结构设计
• 3.3 电渣连铸炉控制系统的程序设计
• 3.3.1 编程软件介绍
• 3.3.2 PLC程序整体设计
• 3.4 上位机软件的功能设计
• 3.4.1 上位机软件介绍
• 3.4.2 人机界面的主要功能
• 3.4.3 人机界面的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 钢水液位控制方法研究
• 4.1 电渣连铸液位控制策略
• 4.1.1 钢水液位检测系统介绍
• 4.1.2 本系统实际控制方法
• 4.2 常规PID控制算法
• 4.2.1 PID控制的基本原理
• 4.2.2 数字PID的控制算法
• 4.2.3 PID控制的特点
• 4.2.4 PID控制的编程实现
• 4.2.5 常规PID控制方式在钢水液面位置控制系统中的局限性
• 4.2.6 模糊控制方式的可行性分析
• 4.3 模糊控制技术概述
• 4.3.1 模糊控制技术的产生与发展
• 4.3.2 模糊控制系统的组成
• 4.3.3 模糊控制基本原理
• 4.3.4 模糊控制器的设计
• 4.4 电渣连铸液位系统普通模糊控制器的设计
• 4.4.1 模糊控制器的语言变量及其赋值表
• 4.4.2 确定模糊控制规则
• 4.4.3 建立模糊推理制度
• 4.4.4 模糊决策
• 4.4.5 模糊控制系统的仿真
• 4.5 论域自调整模糊控制器的设计
• 4.5.1 论域自调整模糊控制的基本思想
• 4.5.2 论域伸缩和论域伸缩因子
• 4.5.3 论域自调整模糊控制器及其仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 结束语
• 5.1 工作总结:
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介